УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ СМЕСИ РАДИОАКТИВНЫХ ИОНООБМЕННЫХ СМОЛ И ШЛАМОВ Российский патент 2024 года по МПК G21F9/30 

Изобретение относится к области переработки радиоактивных отходов, в частности, смеси радиоактивных ионообменных смол (ИОС) и шламов (Ш), и предназначено для кондиционирования указанной смеси методом включения в полимерное связующее.

Известен способ полимерного отверждения для радиоактивных отходов (KR 101154875 (В1)), в котором описывается устройство полимерного отверждения радиоактивных отходов, включающее резервуары для ИОС и полимерных материалов, смесительный резервуар для смешения РАО с полимерным связующим с мешалкой, смеситель и барабан для конечного продукта. В смесительный резервуар подают ИОС и полимерное связующее с помощью насоса-дозатора и перемешивают с помощью лопастной мешалки. После перемешивания готовый компаунд через второй смесительный резервуар дозируют в барабаны для получения конечного отвержденного продукта. Способ и устройство позволяет отверждать смесь ИОС и шламов.

Недостатками известного способа являются:

- низкое качество конечного продукта в связи с несоблюдением соотношения ИОС и полимерного связующего из-за отсутствия дозирующего оборудования для ИОС, обеспечивающего точное соотношение компонентов. Ввиду отсутствия оборудования для обезвоживания ИОС избыточная влага попадает в готовый компаунд, что также приводит к ухудшению качества конечного продукта;

- повышенная сложность конструкции из-за наличия нескольких резервуаров для получения смеси ИОС с полимерным связующим.

Известно устройство для переработки ионообменных смол (JP №57 010 400 (В4)), которое содержит резервуар для радиоактивных отходов, отжимную центрифугу и контейнер для отверждения отработанных смол, основание которого установлено на подъемном механизме с гидроприводом. После обезвоживания в центрифуге отработанные ионообменные смолы подаются в контейнер. Полимерное связующее подается в контейнер через смеситель компонентов полимерного связующего, оборудованный мешалкой. Устройство позволяет отверждать смесь ИОС и шламов.

Недостатками известного устройства являются:

- низкое качество конечного продукта, связанное с несоблюдением соотношения ИОС и полимерного связующего из-за недостаточной точности дозировки ИОС, проводимой по времени работы центрифуги, и отсутствия оборудования, позволяющего проводить дозировку по весу или по объему. Низкое качество конечного продукта связано также с условиями пропитки ИОС, при которых полимерное связующее поступает на поверхность ИОС в контейнере, так как выходное отверстие патрубка для ввода полимерного связующего расположено в верхней крышке контейнера;

- повышенная сложность конструкции, связанная с наличием смесителя с мешалкой для полимерного связующего, подъемного механизма с гидроприводом и привода для вращения центрифуги.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является (RU 2 637 380) устройство для отверждения радиоактивных ионообменных смол, состоящее из емкости пульпы ИОС, снабженной трубопроводом загрузки пульпы ИОС и трубопроводом транспортировки пульпы ИОС; насоса-дозатора; аппарата обезвоживания и дозировки, снабженного трубопроводом возврата пульпы ИОС, переливной трубой пульпы ИОС с запорной арматурой и патрубком выгрузки пульпы ИОС с запорной арматурой; системы рециркуляции, состоящей из трубопровода отвода остаточной жидкости, насоса, емкости рециркуляции, трубопровода подачи рециркуляционной жидкости с запорной арматурой в аппарат обезвоживания и дозировки, трубопровода подачи рециркуляционной жидкости в емкость пульпы ИОС с запорной арматурой, виброплощадки, контейнера для отверждения ИОС, снабженного датчиком контроля заполнения, патрубком заполнения и распределения пульпы ИОС, верхней сеткой, образующей верхнюю дренажную полость под крышкой контейнера, нижней сеткой, образующей придонную дренажную полость, верхним патрубком отвода остаточной жидкости из верхней дренажной полости в систему рециркуляции, заглубленным патрубком отвода остаточной жидкости из придонной дренажной полости в систему рециркуляции, трубным смесителем полимерного связующего, снабженным патрубком для подачи полимерной смолы, патрубком для подачи отвердителя и перфорированной насадкой для увеличения гомогенности и подачи готового полимерного связующего.

Недостатками устройства являются:

- пониженная надежность и безопасность работы устройства, связанная с:

а) отсутствием оборудования для управляемой транспортировки радиоактивной пульпы в контейнер из аппарата дозировки, что приводит к необходимости дополнительного технического обслуживания с демонтажем и заменой элементов устройства;

б) отсутствием контроля заполнения пульпой аппарата обезвоживания и дозировки;

в) ненадежностью работы насоса-дозатора, подающего пульпу в аппарат дозировки, при высоких соотношениях твердое/жидкость;

г) ненадежностью работы насоса при обезвоживании пульпы в контейнере, особенно на завершающей стадии, когда в насос начинает поступать воздух, что в конечном итоге приводит к выходу насоса из строя;

д) отсутствием датчика контроля заполнения контейнера сгущенной пульпой из аппарата обезвоживания и дозировки, что приводит к необходимости дополнительного технического обслуживания с демонтажем и повышению дозозатрат на персонал;

е) необходимостью герметизации патрубков на контейнере с кондиционированной ИОС завинчивающимися пробками, что связано с дополнительными дозозатратами на персонал;

ж) высоким гидравлическим сопротивлением при пропитке полимерным связующим смеси ИОС и Ш в контейнере, что может привести к нарушению целостности контейнера.

- повышенная сложность конструкции, связанная с наличием емкости рециркуляции с насосом для обезвоживания ИОС в контейнере;

- низкое качество конечного продукта, связанное с невозможностью полноценной пропитки смеси ИОС и Ш полимерным связующим при значительном содержании в смеси мелких частиц Ш (диаметром менее 0,315 мм);

Технический результат, достигаемый предлагаемым устройством, заключается в:

- увеличении надежности и безопасности работы устройства;

- упрощении конструкции;

- повышении качества конечного продукта.

Указанный технический результат достигается тем, что предлагается устройство для кондиционирования смеси радиоактивных ионообменных смол и шлама. Устройство состоит из емкости пульпы смеси ИОС и Ш, снабженной трубопроводом загрузки пульпы и трубопроводом транспортировки пульпы, снабженным монжусом; аппарата обезвоживания и дозировки пульпы, использующего сжатый воздух для транспортировки пульпы и снабженного трубопроводом перелива пульпы с запорной арматурой, датчиком контроля заполнения обезвоженной пульпой и патрубком выгрузки пульпы с запорной арматурой; контейнера для отверждения смеси ИОС и Ш, использующего заглушки в быстросъемных соединениях типа КЛАМП, снабженного датчиками контроля заполнения пульпой и полимерным связующим, патрубком заполнения пульпой, верхней и нижней сеткой, образующей придонную дренажную полость, заглубленным патрубком отвода остаточной жидкости из придонной дренажной полости в монжус, трубным смесителем полимерного связующего, снабженным патрубком для подачи полимерной смолы, патрубком для подачи отвердителя и насадкой из колец Рашига для увеличения гомогенности и подачи готового полимерного связующего; системы обезвоживания пульпы в контейнере для отверждения смеси ИОС и Ш, состоящей из трубопровода отвода остаточной жидкости, снабженного монжусом для транспортировки жидкости; виброплощадки; емкостей для полимерной смолы и отвердителя с мешалками и насосами; системы промывки и кондиционирования мелких частиц Ш, включающей сгуститель, трубопровод подачи воды для промывки смеси в контейнере от мелких частиц, трубопровод подачи промывной воды в сгуститель с датчиком контроля мелких частиц, емкость Ш и дозатор воды с трубопроводами и запорной арматурой, смеситель для приготовления цементного компаунда из сгущенного Ш с тензодатчиком, бункер цемента со шнековым питателем для подачи цемента в смеситель, контейнер для цементного компаунда.

Отличительными признаками предлагаемого устройства является то, что:

- для транспортировки пульпы используется монжус;

- аппарат обезвоживания и дозировки пульпы снабжен датчиком контроля заполнения обезвоженной пульпой;

- для транспортировки пульпы из аппарата обезвоживания и дозировки пульпы в контейнер для отверждения смеси ИОС и Ш используется сжатый воздух;

- трубопровод отвода остаточной жидкости из контейнера для отверждения смеси ИОС и Ш снабжен монжусом;

- контейнер для отверждения смеси ИОС и Ш снабжен датчиком контроля заполнения пульпой;

- на контейнере для отверждения смеси ИОС и Ш с кондиционированной смесью используются заглушки в быстросъемных соединениях типа КЛАМП;

- в состав предлагаемого устройства входят емкости для полимерной смолы и отвердителя с мешалками и насосами;

- в состав предлагаемого устройства входит система промывки и кондиционирования мелких частиц шлама.

Трубопровод транспортировки пульпы смеси ИОС и Ш, снабженный монжусом, увеличивает надежность и безопасность работы устройства, позволяя осуществить управляемую транспортировку пульпы смеси, исключающую образование застойных зон в трубопроводе транспортировки пульпы, в широком диапазоне отношения т/ж в пульпе, что не могут обеспечить насосы-дозаторы.

Использование датчика контроля заполнения обезвоженной пульпой аппарата обезвоживания и дозировки пульпы увеличивает надежность и безопасность работы устройства за счет своевременного прекращения подачи пульпы в аппарат.

Использование сжатого воздуха для транспортировки пульпы из аппарата обезвоживания и дозировки пульпы в контейнер для отверждения смеси ИОС и Ш увеличивает надежность и безопасность работы устройства за счет возможности проведения управляемой транспортировки пульпы смеси, исключающей образование застойных зон в трубопроводе транспортировки пульпы.

Использование монжуса для отвода остаточной жидкости из контейнера для отверждения смеси ИОС и Ш позволяет повысить качество конечного продукта за счет повышения эффективности обезвоживания пульпы в контейнере, а также позволяет упростить конструкцию установки за счет отсутствия необходимости использования емкости рециркуляции с дополнительным насосом.

Наличие датчика контроля заполнения пульпой контейнера для отверждения смеси ИОС и Ш позволяет повысить надежность и безопасность работы устройства за счет своевременного прекращения подачи пульпы в контейнер, что исключает необходимость дополнительного технического обслуживания с демонтажем в случае забивания трубопровода от аппарата обезвоживания и дозировки к контейнеру.

Использование на контейнере для отверждения смеси ИОС и Ш с кондиционированной смесью заглушек в быстросъемных соединениях типа КЛАМП позволяет повысить надежность и безопасность работы устройства за счет сокращения времени герметизации контейнера, а, следовательно, дозозатрат на персонал.

Наличие емкостей для полимерной смолы и отвердителя с мешалками и насосами позволяет повысить качество конечного продукта за счет обеспечения эффективной подготовки и дозированной подачи компонентов полимерного связующего.

Наличие системы промывки и кондиционирования мелких частиц Ш позволяет повысить качество конечного продукта за счет обеспечения возможности полноценной пропитки полимерным связующим смеси ИОС и Ш после промывки, а также за счет включения мелких частиц Ш, полученных в результате промывки, в цементный компаунд.

Наличие системы промывки и кондиционирования мелких частиц Ш позволяет повысить надежность и безопасность работы устройства за счет снижения гидравлического сопротивления при пропитке полимерным связующим смеси ИОС и Ш в контейнере.

На фиг. 1 представлена схема заявляемого устройства для кондиционирования смеси радиоактивных ИОС и Ш.

Устройство состоит из емкости пульпы смеси ИОС и Ш 1, снабженной трубопроводом загрузки пульпы 2 и трубопроводом транспортировки пульпы 3, снабженным монжусом 4; аппарата обезвоживания и дозировки пульпы 5, использующего сжатый воздух для транспортировки пульпы в контейнер для отверждения смеси ИОС и Ш, снабженного трубопроводом перелива пульпы 6 с запорной арматурой, датчиком контроля заполнения обезвоженной пульпой 7 и патрубком выгрузки пульпы 8 с запорной арматурой; контейнера для отверждения смеси ИОС и Ш 9, использующего заглушки в быстросъемных соединениях типа КЛАМП 10, снабженного датчиками контроля заполнения пульпой 11 и полимерным связующим 12, патрубком заполнения пульпой 13, верхней и нижней сеткой 14, образующей придонную дренажную полость 15, заглубленным патрубком отвода остаточной жидкости 16 из придонной дренажной полости в монжус 17, трубным смесителем полимерного связующего 18, снабженным патрубком для подачи полимерной смолы 19, патрубком для подачи отвердителя 20 и насадкой из колец Рашига 21 для увеличения гомогенности и подачи готового полимерного связующего; системы обезвоживания пульпы в контейнере 9, состоящей из трубопровода отвода остаточной жидкости 22 из контейнера, снабженного монжусом 17 для транспортировки жидкости; виброплощадки 23; емкостей для полимерной смолы 24 и отвердителя 25 с мешалками и насосами 26; системы промывки и кондиционирования мелких частиц Ш, включающей сгуститель 27, трубопровод подачи воды для промывки смеси в контейнере 9 от мелких частиц 28, трубопровод подачи промывной воды 29 в сгуститель с датчиком контроля мелких частиц 30, емкость Ш 31 с датчиком контроля частиц 32 и дозатор воды 33 с трубопроводами и запорной арматурой, смеситель для приготовления цементного компаунда 34 из сгущенного Ш с тензодатчиком 35, бункер цемента 36 со шнековым питателем 37 для подачи цемента в смеситель 34, контейнер для цементного компаунда 38.

Устройство работает следующим образом.

С помощью вакуума, создаваемого в монжусе 4, пульпу смеси ИОС и Ш из емкости 1 по трубопроводу загрузки пульпы 2 закачивают в монжус 4 до его заполнения. Сжатым воздухом пульпу транспортируют из монжуса 4 по трубопроводу транспортировки пульпы 3 в аппарат обезвоживания и дозировки пульпы 5. Заполнение аппарата обезвоживания и дозировки пульпы 5 производят до появления крупных частиц пульпы в переливном потоке аппарата, которое определяют по датчику контроля заполнения 7 на трубопроводе перелива пульпы 6. В аппарате обезвоживания и дозировки пульпы происходит сгущение пульпы за счет разницы плотностей твердой фазы (ИОС+Ш) и воды. Переливной поток из аппарата обезвоживания и дозировки пульпы 5 направляют в сгуститель 27.

Сгущенную пульпу из аппарата обезвоживания и дозировки пульпы 5 с использованием патрубка выгрузки пульпы смеси ИОС и Ш 8 сжатым воздухом направляют в контейнер для отверждения смеси ИОС и Ш 9 через патрубок заполнения пульпой 13 при периодическом включении виброплощадки 23. Пульпа смеси ИОС и Ш подается в пространство между верхней и нижней сеткой контейнера 9 до его заполнения, которое определяют по датчику контроля заполнения обезвоженной пульпой 11. После этого производят обезвоживание ИОС и Ш в контейнере 9 за счет вакуума, создаваемого в монжусе 17. В процессе обезвоживания свободная жидкость из пульпы смеси ИОС и Ш через нижнюю сетку 14 фильтруется в придонную дренажную полость 15 и по заглубленному патрубку отвода остаточной жидкости 16 и трубопроводу отвода остаточной жидкости 22 направляется в монжус 17. При этом часть мелких частиц Ш вместе с жидкостью поступает в монжус 17. Окончание обезвоживания определяют по резкому снижению разрежения в монжусе 17. После обезвоживания производят дополнительное удаление мелких частиц Ш из контейнера 9, которое необходимо для обеспечения эффективной пропитки ИОС в контейнере 9 полимерным связующим. Для этого подают воду по трубопроводу подачи воды для промывки смеси в контейнере от мелких частиц 28 через заглубленный патрубок отвода остаточной жидкости 16 под нижнюю сетку 14 контейнера 9. В ходе промывки вода проходит через пульпу смеси ИОС и Ш внутри контейнера, вымывает из пульпы мелкие частицы Ш и вместе с ними по трубопроводу подачи промывной воды 29 поступает в сгуститель 27. Окончание промывки определяют по датчику контроля мелких частиц 30. Проводят повторное обезвоживание ИОС и Ш в контейнере для отверждения смеси ИОС и Ш 9 за счет вакуума, создаваемого в монжусе 17. Воду из монжуса 17 сжатым воздухом транспортируют в сгуститель 27.

Проводят пропитку полимерным связующим обезвоженной смеси ИОС и Ш в контейнере 9. Для этого эпоксидную смолу и отвердитель после предварительного перемешивания с помощью мешалок подают из емкостей 24 и 25 с помощью насосов 26 с определенными расходами. Эпоксидную смолу подают через патрубок для подачи полимерной смолы 19. Отвердитель подают через патрубок для подачи отвердителя 20. Эпоксидная смола и отвердитель поступают в трубный смеситель 18, заполненный насадкой из колец Рашига 21, в котором происходит их перемешивание. Полученное полимерное связующее подают под нижнюю сетку 14 контейнера 9. Заполнение контейнера 9 полимерным связующим определяют по датчику контроля заполнения полимерным связующим 12 в контейнере над верхней сеткой. Демонтируют все соединения трубопроводов на контейнере 9 и герметизируют все штуцера на контейнере заглушками в быстросъемных соединениях типа КЛАМП 10. Контейнер 9 направляют в зону выдержки для отверждения полимерного компаунда, а затем в хранилище РАО.

После выдержки пульпы в сгустителе 27 для разделения Ш и воды сгущенный Ш с помощью сжатого воздуха, подаваемого в сгуститель, направляют в емкость Ш 31. Окончание подачи Ш из сгустителя определяют по датчику контроля частиц 32. Оставшуюся воду с помощью сжатого воздуха направляют в дозатор воды 33 или используют для промывки смеси от мелких частиц шлама в следующем контейнере. Производят цементирование Ш. Для этого с помощью сжатого воздуха дозируют Ш из емкости Ш 31 в смеситель для приготовления цементного компаунда 34, оборудованный мешалкой и тензодатчиком 35. Затем дозируют воду из дозатора 33 самотеком по тензодатчику 35 в смеситель 34. После включения мешалки дозируют цемент из бункера цемента 36 в смеситель 34 для приготовления цементного компаунда с помощью шнекового питателя 37 по тензодатчику 35 и перемешивают в течение 5-10 минут. Через шланговый затвор сливают цементный раствор в контейнер для цементного компаунда 38. Транспортируют контейнер в зону выдержки для схватывания, а затем в хранилище РАО.

Изобретение относится к области переработки радиоактивных отходов, в частности, смеси радиоактивных ионообменных смол (ИОС) и шламов (Ш), и предназначено для кондиционирования указанной смеси методом включения в полимерное связующее. Устройство для кондиционирования смеси радиоактивных ионообменных смол и шламов состоит из емкости пульпы смеси ИОС и Ш, , аппарата обезвоживания и дозировки пульпы, использующего сжатый воздух для транспортировки пульпы, контейнера для отверждения смеси ИОС и Ш, системы обезвоживания пульпы в контейнере для отверждения смеси ИОС и Ш, емкостей для полимерной смолы и отвердителя с мешалками и насосами, системы промывки и кондиционирования мелких частиц Ш, включающей сгуститель, трубопровод подачи воды для промывки смеси в контейнере от мелких частиц, трубопровод подачи промывной воды в сгуститель с датчиком контроля мелких частиц, емкость Ш и дозатор воды с трубопроводами и запорной арматурой, смеситель для приготовления цементного компаунда из сгущенного Ш с тензодатчиком, бункер цемента со шнековым питателем для подачи цемента в смеситель, контейнер для цементного компаунда. Технический результат, достигаемый предлагаемым устройством, заключается в увеличении надежности и безопасности работы устройства, упрощении конструкции, повышении качества конечного продукта. 1 ил.

Устройство для кондиционирования смеси радиоактивных ионообменных смол (ИОС) и шламов (Ш), состоящее из емкости пульпы смеси ИОС и Ш, снабженной трубопроводом загрузки пульпы и трубопроводом транспортировки пульпы, аппарата обезвоживания и дозировки пульпы, снабженного трубопроводом перелива пульпы с запорной арматурой и патрубком выгрузки пульпы с запорной арматурой, контейнера для отверждения смеси ИОС и Ш, снабженного датчиком контроля заполнения, патрубком заполнения пульпой, верхней и нижней сеткой, образующей придонную дренажную полость, заглубленным патрубком отвода остаточной жидкости из придонной дренажной полости, трубным смесителем полимерного связующего, снабженным патрубком для подачи полимерной смолы, патрубком для подачи отвердителя и насадкой из колец Рашига; системы обезвоживания пульпы в контейнере для отверждения смеси ИОС и Ш, состоящей из трубопровода отвода остаточной жидкости из контейнера; виброплощадки, отличающееся тем, что для транспортировки пульпы из емкости пульпы смеси ИОС и Ш по трубопроводу транспортировки пульпы используют монжус, аппарат обезвоживания и дозировки снабжен датчиком контроля заполнения обезвоженной пульпой, для транспортировки пульпы из аппарата обезвоживания и дозировки в контейнер для отверждения смеси ИОС и Ш используют сжатый воздух, трубопровод отвода остаточной жидкости из контейнера для отверждения смеси ИОС и Ш снабжен монжусом, контейнер для отверждения смеси ИОС и Ш снабжен датчиком контроля заполнения пульпой, для герметизации контейнера для отверждения смеси ИОС и Ш с кондиционированной смесью используют заглушки в быстросъемных соединениях типа КЛАМП, в состав предлагаемого устройства входят емкости для полимерной смолы и отвердителя с мешалками и насосами, в состав предлагаемого устройства входит система промывки и кондиционирования мелких частиц Ш, включающая сгуститель мелких частиц, трубопровод подачи воды для промывки смеси в контейнере от мелких частиц, трубопровод подачи промывной воды в сгуститель с датчиком контроля мелких частиц, емкость Ш и дозатор воды с трубопроводами и запорной арматурой, смеситель для приготовления цементного компаунда из сгущенного Ш с тензодатчиком, бункер цемента со шнековым питателем для подачи цемента в смеситель, контейнер для цементного компаунда.